Circulation thermique des courants

De Wikidebrouillard.

Article incomplet en cours de rédaction

Sommaire

1 Présentation de l'expérience
2 Matériel
3 L'expérience
4 Explications
5 Liens avec d'autres expériences
- 5.1 Expériences sur le Wikidébrouillard
- 5.2 Autres expériences
6 Applications : liens avec le quotidien
7 Catégories

Présentation de l'expérience

Cette expérience nous montre le fonctionnement des courants marins grâce à un colorant. Pour ce faire, nous avons placé un glaçon dans un aquarium rempli d'eau et nous avons introduit du colorant près du glaçon. Ensuite nous avons suivi le colorant.

Matériel

Un aquarium
Fichier:Glaçon.jpg Un glaçon
Un congélateur
De l'encre de couleur bleue
Une lumière chauffante.

L'expérience

En vidéo

La manipulation

Remplir un aquarium d'eau, allumer la lumière chauffante et attendre 5 minutes que l'eau se réchauffe près de la lumière. Déposer le glaçon du côté opposé à la lumière et déposer de l'encre au bord du glaçon.

Attendre et observer le mouvement de l'eau dans l'aquarium. Ensuite, déposer de l'encre du côté de la lumière et observer la réaction.

Que voit-on ?

On observe que l'eau en se refroidissant devient plus dense et descend dans le fond de l'aquarium. Quand elle arrive du côté chaud, elle devient plus légère et remonte donc. Cela crée un mouvement entre l'eau chaude et l'eau froide.

Explications

De manière simple

A gauche de l'aquarium : Le gros glaçon flotte et il refroidit l'eau en surface autour de lui. L'eau sous ce gros glaçon est donc plus chaude que cette eau de surface. On voit que l'eau de surface (colorée) descend. Eh oui, puisqu'elle est plus froide elle "coule" dans l'eau plus chaude !

A droite de l'aquarium : C'est le raisonnement inverse ! Si l'eau froide descend dans l'eau chaude, c'est que l'eau chaude monte dans l'eau froide ! Donc si on chauffe le fond de l'aquarium avec une lampe (à droite), l'eau chaude monte (dans l'eau du dessus plus froide).

Et au milieu ?! Une explication est que l'eau qui descend sous le glaçon va "s'étaler" au fond de l'aquarium et va donc finir par atteindre la lampe à droite de l'aquarium ! De la même façon, l'eau réchauffée par la lampe va monter, "s'étaler" à la surface, atteindre le glaçon, replonger,...

Questions sans réponses

La lampe doit éclairer le fond de l'aquarium à droite, non ? Sinon, l'eau chaude en surface ne bougerait pas par rapport à l'eau sous elle...

Cela illustre-t-il le principe de circulation océanique ? Où le glaçon symboliserait un pôle, et la lampe le soleil à l'équateur. (mais cela est incompatible avec l'interrogation précédente...)

Allons plus loin dans l'explication

Imaginez que vous êtes assis sur le quai d'un port. Vous voyez passer un cargo de plusieurs milliers de tonnes. "Comment ce monstre de ferraille peut faire pour flotter ?" pensez-vous... Un "PLOUF", vous sort de votre méditation. Ce sont vos clés de voiture qui sont sorties de votre poche pour prendre un bain. Et malgré le fait qu'elles ne pèsent que quelques grammes, elles coulent.

Cette douloureuse histoire illustre le fait qu'il n'y a pas de lien direct entre le fait d'être léger et le fait de flotter !

Revenons à notre expérience, la notion phare qui se cache derrière c'est la densité. Plus on est dense, plus on flotte ! Et logiquement, moins on est dense, plus on coule !

Alors c'est quoi la densité ? Pour faire simple, c'est le rapport entre le poids et le volume. Deux images servent à comprendre ce rapport :

- Un kilo de plomb prend moins de place qu'un kilo de plume. Le plomb est donc plus dense que les plumes.

- Une litre d'eau est plus lourd qu'un litre d'huile. L'eau est donc plus dense que l'huile.

Il se trouve, ensuite, que plus l'eau est froide, plus elle est dense. Et plus elle est chaude, moins elle est dense.

Conclusion :

- plus on est froid -> plus on est dense -> plus on coule.

- plus on est chaud -> moins on est dense -> plus on flotte.

Donc la notion qui relie la température, au mouvement de l'eau, c'est la densité !

Par contre on n'a pas encore répondu à "Pourquoi la température change la densité ?"

La définition de la densité donnée ici ne donne pas d'image trompeuse, mais elle est imparfaite. Voir les articles masse volumique et densité de Wikipédia pour aller encore plus loin !